12 Persamaan & Perbedaan Gaya Gesek Statis dan Kinetis + Contoh Soal dan Pembahasan

Daftar Materi Fisika

• 1. Besaran Fisika
• 2. Vektor dan Resultan
• 3. Mekanika (Kinematika dan Dinamika)
• 4. Fisika Optik
• 5. Suhu dan Kalor

Advertisement

Baca Juga:

Suatu benda yang berada di atas bidang tidak jatuh ke bumi disebabkan karena adanya gaya normal. Namun, ada gaya lain yang bekerja pada benda yang bergerak dan menyebabkan berhenti. Gaya ini adalah gaya gesek atau gesekan. Bagaimanakah gaya gesek ini bekerja?

Gesekan mungkin bukan istilah baru bagi kalian. Gesekan terjadi jika ada dua benda yang bersinggungan satu sama lain. Dalam fisika, gesekan disebut juga gaya gesek yaitu gaya yang diakibatkan dua benda bersinggungan. Jika pada sebuah benda bekerja gaya tertentu sehingga benda bergerak, maka arah gaya gesek berlawanan dengan arah gerak benda.

Gaya gesek disimbolkan dengan huruf f (friction). Gaya gesek bekerja pada garis singgung kedua benda. Misalkan, sebuah benda yang terletak pada suatu bidang dikenai gaya sebesar F. Diagram gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut dapat kalian lihat pada gambar di bawah ini.

Salah satu faktor yang mempengaruhi besar gaya gesek adalah tingkat kekasaran bidang atau permukaan yang saling bersentuhan. Semakin kasar bidang yang bersinggungan, semakin besar pula gaya geseknya. Sebaliknya, semakin licin permukaan yang bersinggungan, semakin kecil pula gaya geseknya.

Macam-Macam Gaya Gesekan

Menurut Leonhard Euler, dilihat dari gerakannya, gaya gesek dibagi menjadi dua macam, yaitu gaya gesek statis dan gaya gesek kinetis.

1. Gaya Gesek Statis

Menurut Hukum I Newton, pada benda yang diam, resultan gaya yang bekerja pada benda sama dengan nol. Berdasarkan hukum ini, ketika kita mendorong meja tetapi meja tersebut masih diam, tentunya ada gaya lain yang melawan gaya dorong yang kalian berikan. Gaya tersebut adalah gaya gesek antara kaki-kaki meja dengan lantai.

Gaya gesek tersebut bekerja pada meja yang diam, sehingga disebut gaya gesek statis (fs). Jadi, gaya gesek statis adalah gaya gesek yang bekerja pada benda yang diam. Kalian telah mengetahui bahwa besarnya gaya gesek tergantung pada kekasaran permukaan benda dan bidang yang bersentuhan.

Tingkat kekasaran ini dinyatakan dengan koefisien gesekan. Untuk benda diam, koefisien gesekan disebut koefisien gesekan statis, disimbolkan μs. Selain tingkat kekasaran permukaan benda, besarnya gaya gesek dipengaruhi oleh besar gaya normal (N) yang diberikan bidang pada benda.

Berdasarkan hasil eksperimen untuk menentukan hubungan gaya normal dan gesekan statis, ternyata besarnya gaya gesek berbanding lurus dengan gaya normal. Dari hasil ekperimen tersebut, diperoleh grafik fungsi gaya gesek statis maksimum (fs maks) terhadap gaya normal seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.

Berdasarkan grafik tersebut, gradien atau kemiringan grafik menunjukkan koefisien gesekan statis. Gradien grafik dapat kita cari dengan persamaan berikut ini.

Gradien = tan α

Gradien garis menunjukkan μs, sehingga:

μs = tan α

μs	=	fs maks
		N

Atau dapat dituliskan sebagai berikut.

fs maks = μsN

Keterangan:

fs maks = gaya gesek statis maksimum (N)

μs = koefisien gesekan statis

N = gaya normal (N)

Contoh Soal Gaya Gesek Statis

Sebuah buku bermassa 300 g diletakkan di atas meja. Jika buku diberi gaya luar sebesar 0,5 N dan koefisien gesekan statis antara buku dengan permukaan meja 0,2; berapakah gaya gesek statis maksimum yang terjadi antara buku dengan permukaan meja, dan apakah buku dapat bergerak? (g = 10 m/s2).

Penyelesaian:

Diketahui:

m = 300 g = 0,3 kg

F = 0,5 N

g = 10 m/s2

μs = 0,2

Ditanyakan: fs maks

Jawab:

Untuk mempermudah dalam pengerjaan soal, kita gambarkan objek beserta diagram gayanya seperti yang diilustrasikan pada gambar berikut ini.

Berdasarkan Hukum II Newton, maka resultan gaya yang bekerja pada sumbu-Y adalah sebagai berikut.

ΣFY = ma

Karena buku tidak bergerak dalam arah vertikal maka a = 0 sehingga:

ΣFY = 0

N – w = 0

N = w

N = mg ……………...… Pers. (a)

Untuk mencari gaya gesek statis, kita dapat menggunakan persamaan:

fs maks = μsN ………… Pers. (b)

masukkan nilai N pada persamaan (a) ke persamaan (b) sehingga diperoleh:

fs maks = μsmg

fs maks = 0,2 × 0,3 × 10

fs maks = 0,6 N

Jadi, besarnya fs maks adalah 0,6 N. Karena fs maks > F, maka buku tidak bergerak alias diam.

2. Gaya Gesek Kinetis

Ketika kalian menendang bola di atas tanah, bola akan menggelinding dengan kecepatan tertentu. Tetapi, semakin lama kecepatan bola akan semakin berkurang dan akhirnya berhenti. Bola dapat bergerak diakibatkan gaya dari tendangan.

Namun, saat sedang bergerak, ada gaya yang menghambat gerak bola dan mengurangi kecepatannya. Gaya yang menyebabkan kecepatan bola semakin berkurang disebut gaya gesek kinetis. Jadi, gaya gesek kinetis adalah gaya gesek yang bekerja pada benda yang bergerak.

Sama seperti gaya gesek statis, besar gaya gesek kinetis juga bergantung pada gaya normal dan tingkat kekasaran permukaan benda dan bidang yang bersinggungan (koefisien gesekan). Koefisien gesekan pada benda yang bergerak disebut koefisien gesekan kinetis yang disimbolkan dengan μk.

Hubungan antara gaya gesek, koefisien gesekan kinetis, dan gaya normal diberikan dalam persamaan berikut ini.

fk = μkN

Keterangan:

fk = gaya gesek kinetik (N)

μk = koefisien gesekan kinetik

N = gaya normal (N)

Berdasarkan hasil eksperimen, koefisien gesek statis lebih besar dari koefisien gesekan kinetis. Tabel berikut memperlihatkan contoh nilai koefisien gesekan statis dan koefisien gesekan kinetis dari pelbagai bidang yang bersentuhan.

Tabel Koefisien Gesekan Permukaan Beberapa Benda

Permukaan	μs	μk
Persendian lengan manusia	0,01	0,01
Es pada es	0,10	0,03
Logam pada logam yang sudah dilumasi	0,15	0,07
Kayu pada kayu	0,40	0,20
Seng pada besi tuang	0,85	0,21
Baja pada baja	0,74	0,57
Karet pada beton kering	1,00	0,80
Sumber: Sears & Zemansky, hal. 37

Jika gaya F bekerja pada suatu benda maka ada tiga kemungkinan, yaitu benda diam, benda tepat akan bergerak, dan benda bergerak dengan percepatan konstan.

□ Benda diam jika F < fs maks.

□ Benda tepat akan bergerak jika F = fs maks = μsN.

□ Benda bergerak dengan percepatan konstan, jika F – fk = ma.

Contoh Soal Gaya Gesek Kinetis

Seorang siswa mendorong balok kayu yang beratnya 40 N di atas lantai. Koefisien gesekan statik antara balok dengan lantai (μs) adalah 0,5 dan koefisien gesek kinetik (μk) 0,3. Tentukan:

■ Besar gaya yang diberikan siswa tersebut agar balok tepat akan bergerak.

■ Gaya gesek balok dengan lantai pada saat balok diam.

■ Gaya yang diberikan siswa, jika balok bergerak dengan percepatan 2,5 m/s2 dan percepatan gravitasi 10 m/s2

Penyelesaian:

Diketahui:

w = 40 N

μs = 0,5

μk = 0,3

Ditanyakan:

a) F agar benda tepat akan bergerak

b) fs dan fk

c) F jika a = 0,5 m/s2

Jawab:

Gaya-gaya yang bekerja pada balok tersebut dapat digambarkan sebagai berikut.

Dari gambar diagram gaya yang bekerja pada balok di atas, maka kita ketahui bahwa gaya normal sama dengan gaya berat balok.

N = w = 40 N

■ Agar balok tepat akan bergerak maka:

F = fs maks

F = μsN

F = (0,5)(40)

F = 20 N

Jadi, gaya yang harus diberikan agar balok tepat akan bergerak adalah 20 Newton.

■ Pada saat balok diam, gaya gesek yang bekerja adalah gaya gesek statis, yaitu sebesar 20 N.

■ Pada saat bergerak, gaya gesek yang bekerja adalah gaya gesek kinetis.

fk = μkN

fk = (0,3)(40)

fk = 12 N

Dengan demikian, gaya total yang bekerja pada balok ditentukan dengan menggunakan persamaan Hukum II Newton, yaitu sebagai berikut.

ΣFx = ma

F – fk = ma

F = ma + fk

F = (w/g)a + fk

F = (40/10)(2,5) + 12

F = (4)(2,5) + 12

F = 10 + 12

F = 22 N

Jadi, gaya yang diberikan siswa pada balok adalah 22 Newton.

Persamaan dan Perbedaan Gaya Gesek Statis dan Kinetis

Dari penjelasan-penjelasan di atas, maka dapat kita identifikasi beberapa persamaan dan perbedaan karakteristik atau ciri antara gaya gesek statis dan kinetis, seperti yang dicantumkan dalam tabel berikut ini.

Tabel Persamaan Gaya Gesek Statis dan Kinetis

Persamaan	Gaya Gesek Statis	Gaya Gesek Kinetis
Menghambat gerak benda	√	√
Berlawanan arah dengan gerak benda	√	√
Bergantung pada tingkat kekasaran permukaan	√	√
Berbanding lurus dengan gaya normal	√	√
Dipengaruhi berat benda	√	√
Tidak dipengaruhi luas permukaan benda	√	√

Tabel Perbedaan Gaya Gesek Statis dan Kinetis

Gaya Gesek Statis	Gaya Gesek Kinetis
Bekerja pada benda yang diam atau tepat akan bergerak (hampir bergerak)	Bekerja pada benda yang bergerak
Rumus: fs = μsN	Rumus: fk = μkN
Berbanding lurus dengan koefisien gesek statis (μs)	Berbanding lurus dengan koefisien gesek kinetis (μk)
Nilai koefisien gesekan lebih besar	Nilai koefisien gesekan lebih kecil
Nilainya selalu berubah bergantung pada gaya F yang bekerja pada suatu benda	Nilainya selalu tetap tidak bergantung pada kecepatan dan percepatan benda (baik GLB maupun GLBB)
Nilai maksimum dicapai ketika benda tepat akan bergerak	Tidak ada nilai maksimum